电装工艺现场讲课第1部分

电装工艺现场讲课第1部分

元器件的质量控制

电子元器件是组成电子产品的基础，其质量好坏直接关系到电子产品的可靠性。统计表明，在航天电子产品的不可靠因素中，元器件的质量约占30％。为了提高电子产品的可靠性，除尽量采用高质量的元器件外，还必须在组装前对元器件进行严格的质最控制和预处理工艺。

1.元器件的质量控制

1.1首先对元器件的筛选

电子元器件筛选是元器件质量控制的主要手段，它是通过某些试验和榆验方法，选择出具有一定特性的元器件，井剔除同一批元器件中的早期失效品。筛选通常分为常规筛选、加严筛选和补充筛选。常规筛选是指按国家或行业颁布的规范进行筛选：加严筛选是指在常规筛选的基础上，提高应力，增加项目或加长时间的筛选：补充筛选一般则是针对元器件的策种失效模式而采取一些补充试验所进行的筛选。

元器件筛选方案应包括：选定筛选项目，列出筛选程序，定出筛选应力，确定筛选力法和失效判据，规定各筛选项目的允许失效比率和总失效比率。但必须强调指出，被筛选的元器件应该是设计合理、工艺稳定，并有严格质量控制的产品。对于设计和工艺上存在严重质量问题的元器件，筛选是毫无意义的。制订筛选方案应遵循下列原则

a筛选应有效地剔除早期失效元器件，但不应使元器件受到损伤产生新的缺陷，不应使正常元器件的失效率提高，更不得使元器什产生新的失效模式。

b试验程序必须是加应力筛选在前，检查测试性项目在后。

c筛选具有针对性，应根据元器件失效模式和失效机理来选择筛选项目，以便剔除那些不可靠的元器件。

d．必须规定每项筛选后元器件的失效判据，对元器件参数漂移失效判据要慎重，认真确定。

f．在元器件筛选程序安排好后，不得随意改动，以免影响筛选效果。

(1)测试筛选

测试筛选方法可分为初始参数筛选(又称分布截尾筛选)和线性判别筛选。初始参数筛选是为了获得参数与设汁要求相适应的元器件，剔除那些超出容差极限值的元器件。在确定被筛选对象的某些直接影响系统可靠性的参数及保证系统可靠性应规定的容差极限值后，则可定下筛选项目和合格标准。线性判别筛选是先对元器件做摸底试验，通过计算建立一个线性判别数据，然后根据每个被筛选元器件的原始数据和试验一段时间后的测试数据，来判断是否该淘汰。

(2)检查筛选

检查筛选一般包括目镜检查筛选、红外扫描检查筛选、x射线检查筛选、颗粒碰撞噪声检测、密封性检查筛选、参数测试筛选等方法。

目镜检查筛选是用眼睛、放大镜或显微镜检查元器件外形结构、标志等；红外扫描检查是对元器件在工作时的热分布作检查；x射线检查是对元器件内部结构缺陷的检查；颗粒碰撞噪声检测是检查器件内部是否存在多余物或有结合不良：密封性检查是检查元器件气密性是否达到要求；参数测试是对元器件一般参数和一些特殊参数的测试。

(3)环境应力筛选

元器件环境应力筛选包括力学环境应力筛选和气候环境应力筛选。

力学环境应力筛选包括振动(扫描振动或随机振动)与冲击试验、离心加速度试验等项目。振动试验主要用于筛选带有机械触点的元器件，能有效剔除瞬间短路或断路等机械结构不良的元器件，对封装、芯片键合、引线键合、衬底等处的缺陷也有较好的筛选作用。加速度试验适用于具有芯片烧结不良、键合强度过弱、衬底龟裂和内引线焊接不牢等缺陷器件的筛选。

气候环境应力筛选包括温度循环、温度冲击、恒定湿热、交变湿热、低气压和高低温测试等。气候环境应力筛选在于考核元器件内部各种材料之间的匹配特性，决定它们能否经受长时间温度、湿度等变化而不发生失效，也不发生退化。

(4)寿命筛选(老炼筛选)

寿命筛选包括高温贮存筛选、功率老化筛选、高温负荷筛选、高低温运行筛选等。

高温贮存筛选是一种加速的贮存试验，广泛应用于半导体器件的筛选，贮存温度一般不应超过150℃；功率老炼筛选使元器件同时受电和温度两种应力的作用，能很好地暴露元器件内部和表面的多种潜在缺陷；高温负荷筛选主要用于电容器，特别是电解电容器，它既可使介质存在严重缺陷的电容器得以暴露，又可使介质存在轻微缺陷的电容器得以“自愈”；高低温运行筛选适用于继电器，给继电器加额定工作电压，在高低温作用下，实时监测继电器各组常开、常闭接点是否工作正常。

对于某一具体元器件的工艺筛选方法应根据产品设计文件对元器件的可靠性要求而确定。

1.2元器件的失效分析

在电子产品的装联过程中，电子元器件出现的失效现象是不可避免的，对失效元器件进行失效分析，找出失效原因，判定其失效模式，推断其失效机理，从而得出确切的失效结论，这不仅对元器件的合理选用，提高元器件使用可靠性有重要作用，而且对改进设计、工艺的质量控制，提高电子产品的可靠性，同样具有十分重要的意义。下面对元器件失效分析的主要环节进行说明。

(1)失效现场的分析及再现

当发现元器件在电子产品上失效时，应立即保护失效现场，同时应尽量了解和记载与失效现场有关的各种情况，在没有分析清楚导致失效的外界因素之前，决不要轻易地对初步认定的失效元器件进行简单的拆换，因为在电子产品上有多种因素容易造成对元器件失效的误判。为此，失效现场的保护是十分重要的，一旦破坏，许多与失效相联的因素得不到查清，很可能使失效分析工作难以进行。

为确定某一元器件的失效是否为引起电子产品出现故障的原因．如有可能应对失效现场进行再现，并对再现过程中的各种现象进行详细分析，以验证初步判断的正确性。

(2)失效元器件的拆除，特征检测及分析

经过失效现场的分析和电子产品故障的再现，并排除其他因素之后，就可以对确定为失效元器件进行拆除。拆除时应尽量保护该元器件的原始失效状态，不得引入新的失效因素。同时还要记录失效元器件的牌号、规格、厂家、批次及出厂日期，失效特征等，井按规定填写“元器件失效情况报告表”。

对已拆下的失效元器件，应单独进行特征检测，记录数据。特征检测包括

外部特征检测(借助放大镜、显微镜)及x射线检测，失效特征参数检测，根据检测得到的宏观与微观的特征，可以确定其失效的原因。

(3)失效元器件的解剖、检查及分析

在对失效元器件进行各种观察和测试后，为进一步确定、验证故障机理，可进行解剖。特别是电性能失效的元器件，通常都需要进行这项工作，才能分析其失效机理。对失效元器件的解剖必须谨慎细心进行，既要避免原失效特征遭到破坏，叉要防止新的失效因素出现。

对解剖后的元器件，一般用显微镜进行全形貌观察，以观察内部损伤和缺陷。对于用镜检尚不能发现失效痕迹的元器件．可借助金相显微镜、x射线分析仪及其他无损检测设备进行检查和分析。

(4)失效模式的研究

在元器件失效分析中，研究失效模式十分重要，它可以发现元器件在设计、生产及使用中各种需要改进的地方，从而提高元器件的固有可靠性。

失效模式就是失效和故障的形式，同一种元器件出现故障可以有多种不同的形式，分清模式对产品的影响及失效后果的严重程度，确定产品的可靠性都有极为重要的意义。

分析失效模式时还必须弄清失效机理。所谓失效机理是在一定的外界应力条件作用下，在一定时间内，某些元器件发生失效的物理或化学变化的过程。如电阻器常见的失效机理有化学或电解腐蚀，基体、导线或电阻膜的伸缩，炭膜、金属膜的污染等。电容器常见的失效机理有电介质击穿、化学腐蚀、离子迁移、表面和本体污染及钽电容器、电介电容器的电介质蒸发等。

因此，失效模式、失效机理与应力三者有着密切的关系，但它们并不存在单一的对应关系。相同的应力可以诱发不同的失效模式和机理，而同一失效机理也可由不同的应力所诱发。所以，在进行失效机理分析时，一定要在检查、检测和分析的基础上，进行严密的，合乎逻辑的推理和判断。为了确定某一失效机理，有时还需要做一系列的再现性试验。

总之，元器件的筛选和失效分析工作对保证电子产品工作的可靠性，提高元器件的质量起着重要的作用。对筛选淘汰及故障产生的失效元器件进行认真研究并采取相应的改进措施，就能防止类似的失效模式再次发生，提高电子产品的可靠性。